芳環(huán)的親電取代親核取代反應(yīng)芳環(huán)取代基的反應(yīng)ppt課件

1、Electrophilic and Ncleophilic Substitutions at Aromatic Rings, Reactions of Substituents of Aromatic Rings第七講第七講芳環(huán)的親電取代芳環(huán)的親電取代親核取代反應(yīng)親核取代反應(yīng)芳環(huán)取代基的反應(yīng)芳環(huán)取代基的反應(yīng)1.2本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容一、苯的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、苯的親電取代反應(yīng)及機(jī)制二、取代基對(duì)苯環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)苯環(huán)親電取代反應(yīng)的影響三、稠環(huán)芳烴的親電取代反應(yīng)三、稠環(huán)芳烴的親電取代反應(yīng)四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)五、芳環(huán)和芳香雜環(huán)的親核取代反應(yīng)五、芳

2、環(huán)和芳香雜環(huán)的親核取代反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)芳香重氮鹽的形成及其在合成中的應(yīng)用芳香重氮鹽的形成及其在合成中的應(yīng)用3一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制1. Mechanism: Step 1: 類似烯烴，親電試劑進(jìn)攻苯環(huán)的類似烯烴，親電試劑進(jìn)攻苯環(huán)的pi-鍵，形成碳正離子鍵，形成碳正離子 Step 2: 這一步與烯烴不同，不是發(fā)生親核試劑對(duì)苯環(huán)進(jìn)行加成，而是脫這一步與烯烴不同，不是發(fā)生親核試劑對(duì)苯環(huán)進(jìn)行加成，而是脫去一個(gè)質(zhì)子，回復(fù)到穩(wěn)定的芳香性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)生取代反應(yīng)。去一個(gè)質(zhì)子，回復(fù)到穩(wěn)定的芳香性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)生取代反應(yīng)。+EEENuNuNu取代

3、產(chǎn)物具有芳香性加成產(chǎn)物失去芳香性EH4一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制l Activated Electrophiles (活化的親電試劑活化的親電試劑) Cation formation by reaction of an elcerophile with an aromatic ring is accompanied by the loss of aromatic stabilization. 正離子的形成伴隨著芳香性的正離子的形成伴隨著芳香性的喪失喪失 Therefore, the electrophile that can effect aromatic sub

4、sitution of benzene must be more reactive than those addition to alkenes. 因此，與苯環(huán)反應(yīng)的親電試劑需因此，與苯環(huán)反應(yīng)的親電試劑需要更高的反應(yīng)活性要更高的反應(yīng)活性5親電試劑的分類1. 強(qiáng)親電試劑，能取代致活和致鈍的芳環(huán)： Cl-Cl+ - -AlCl3 Br-Br+ - -FeBr3 I+ (obtained by I2 + HNO3) +NO2 (obtained by HNO3 + H2SO4) +SO3H (from H2SO4) or SO362 中等強(qiáng)度親電試劑，能取代致活、不能取代致鈍的芳環(huán)： R+ (obt

5、ained by R-Cl + AlCl3) RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3) R2C=O+H(obtained by R2C=O + H+) 73 弱親電試劑，只能取代高活化的芳環(huán)：HCNH+(obtained by HCN+ HCl)NO+(obtained by HNO2+ H+)ArN+N(obtained by ArNH2+ HNO2+H+)8 苯環(huán)上的電子為芳香取代反應(yīng)供給了電子，很多親電試劑能與之反應(yīng)其范圍遠(yuǎn)比烯、炔加戊反應(yīng)為廣泛?？梢杂靡粋€(gè)統(tǒng)一的反應(yīng)機(jī)理來(lái)解釋這些取代反應(yīng)，雖然反應(yīng)酌動(dòng)力學(xué)、自由能反應(yīng)曲線對(duì)每一種親電試劑來(lái)說(shuō)可以是不一樣的，但若

6、干中間步驟基本上是相似的.9 取代反應(yīng)中發(fā)生 絡(luò)合物的證據(jù)有好幾個(gè)方面,用標(biāo)記同位素方法研究取代速度是其中之一。如果質(zhì)子的離去關(guān)系到親電取代速度，則環(huán)上速度顯示第一級(jí)的同位素效應(yīng)。對(duì)硝化和一些快速取代反應(yīng)看不出這種同位素效應(yīng)。例如苯上有五個(gè)氘的硝基苯在硝化時(shí)與普通硝基苯的硝化沒有什么差別。缺乏同位素效應(yīng)說(shuō)明退減質(zhì)子是一步快步驟。但并非都是如此某些芳香取代反應(yīng)顯示kH/kD比值在12之間，說(shuō)明存在著同位素效應(yīng),這是與。絡(luò)合物機(jī)理一致酌，因?yàn)檫@種絡(luò)合物退減質(zhì)子較慢，成為決定速度的步驟.從而證明了 絡(luò)合物中間體。10X+E+xEXEHXXEEH11一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及

7、機(jī)制2. Reaction coordinate diagrams:12一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制3.The five most common electrophilic aromatic substitution reactions are the following: NO2SO3HRClBrIORNitrationHalogenationF-C acylationF-C alkylationSulfonation13一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制l 以上幾種親電取代反應(yīng)僅親電試劑不同：以上幾種親電取代反應(yīng)僅親電試劑不同： Cl-Cl

8、+ - -AlCl3 Br-Br+ - -FeBr3 I+ (obtained by I2 + HNO3) +NO2 (obtained by HNO3 + H2SO4) +SO3H (from H2SO4) or SO3 R+ (obtained by R-Cl + AlCl3) RC+=O (obtained by RCOCl + AlCl3) 14一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(1) Halogenation15一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(1) Halogenation16一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(2

9、) Nitration17一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(3) Sulfonation reversible reaction磺化反應(yīng)是可逆的，存在動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)控制的競(jìng)爭(zhēng)磺化反應(yīng)是可逆的，存在動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)控制的競(jìng)爭(zhēng)18一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(4) Friedel-Crafts Alkylation (傅氏烷基化傅氏烷基化)Note: Rearrangement may occur in alkylation19一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制(4) Friedel-Crafts Alkylation (傅氏

10、烷基化傅氏烷基化)101020(5) Friedel-Crafts Acylation (傅氏?；凳硝；?RCClO+ AlCl3:RCO:RCO:- AlCl4acylium ion一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制注意使用不同的?；噭r(shí)，催化劑的用量是不同的注意使用不同的?；噭r(shí)，催化劑的用量是不同的1.0eq.2.0eq.沒有重排問(wèn)題沒有重排問(wèn)題21一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制一、芳環(huán)的親電取代反應(yīng)及機(jī)制思考題：思考題：如何從苯合成正丁基苯？如何從苯合成正丁基苯？22二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響 A study of

11、 the chemistry of aromatic compounds leads to deeper understanding of the effects of electronic and steric factors on reactivity, which will be of benefit in the further study of chemistry and biochemistry. 23二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響1. Experimental Facts:CH3HNO3CH3NO2CH3NO2para-ortho-Faste

12、r than nitration of bezeneBrHNO3BrNO2BrNO2para-ortho-Slower than nitration of bezeneNO2HNO3NO2Slower than nitration of bezeneNO2meta-242. The effect of substituents on reactivity Activating substituents (致活基致活基) Electron-donating substituents (給電子基給電子基) increase the reactivity of the benzene ring to

13、ward electrophilic aromatic substitution. Deactivating substituents (致鈍基致鈍基) Electron-withdrawing substituents (吸電子基吸電子基) decrease the reactivity of the benzene ring toward electrophilic aromatic substitution. 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響25二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響2. The effect of sub

14、stituents on reactivity26l Relative reactivity: 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響致活基致活基致鈍基致鈍基取決于取代基電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)電子云密度影響的大小取決于取代基電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)電子云密度影響的大小Strongly activating substituentsModerately activating substituentsWeakly activating substituentsWeakly Activating Substituents Moderately activating Substituent

15、s Strongly activating substituents27-CF3鄰、對(duì)位定位鄰、對(duì)位定位*只具有只具有吸電子吸電子誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用間位定位間位定位28二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響3. The effect of substituents on orientation ortho/para directors (鄰對(duì)位定位基鄰對(duì)位定位基) all activating substituents are ortho/para directors. the weakly deactivating halogens are ortho/para

16、directors. meta directors (間位定位基間位定位基) all deactivating substituents (except the halogens) are meta directors.294. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋從實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出的問(wèn)題：從實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出的問(wèn)題： 為什么致活基都是鄰對(duì)位取代基？為什么致活基都是鄰對(duì)位取代基？ 為什么大多數(shù)致鈍基都是間位定位基？為什么大多數(shù)致鈍基都是間位定位基？ 為什么鹵素既是弱的致鈍基，又是鄰對(duì)位定位基？為什么鹵素既是弱的致鈍基，又是鄰對(duì)位定位基？以下從三個(gè)方面進(jìn)行分析討論：以下從三個(gè)方面進(jìn)

17、行分析討論： 電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響 苯環(huán)上電子云密度分布的理論計(jì)算結(jié)果苯環(huán)上電子云密度分布的理論計(jì)算結(jié)果 反應(yīng)中活潑中間體的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性反應(yīng)中活潑中間體的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響304. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響 電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響NH2+NH2:NH2:NH2:NH2: -NH2、-NHR、-NR2、-OH、-OR等基團(tuán)均具有相

18、似的給電子共軛和吸電子誘等基團(tuán)均具有相似的給電子共軛和吸電子誘導(dǎo)作用，并且其總結(jié)果以共軛給電子作用為主，從而使得苯環(huán)上的電子云密度增加，導(dǎo)作用，并且其總結(jié)果以共軛給電子作用為主，從而使得苯環(huán)上的電子云密度增加，親電反應(yīng)速率增大。親電反應(yīng)速率增大。 從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出給電子作用使得鄰對(duì)位電子云密度增加得更多，因從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出給電子作用使得鄰對(duì)位電子云密度增加得更多，因此反應(yīng)發(fā)生在鄰對(duì)位。此反應(yīng)發(fā)生在鄰對(duì)位。314. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響 電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響電

19、子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響NOONOON+NOONOOOO-CHO、-COR、-COOR、-CONHR、-SO3H、-NO2等基團(tuán)均具有吸電子共軛和吸等基團(tuán)均具有吸電子共軛和吸電子誘導(dǎo)作用，從而使得苯環(huán)上的電子云密度降低，親電反應(yīng)速率降低。電子誘導(dǎo)作用，從而使得苯環(huán)上的電子云密度降低，親電反應(yīng)速率降低。從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出吸電子共軛作用使得鄰對(duì)位電子云密度降低得更多，因此從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出吸電子共軛作用使得鄰對(duì)位電子云密度降低得更多，因此反應(yīng)發(fā)生在間位。反應(yīng)發(fā)生在間位。324. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取

20、代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響 電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)上電子云密度分布的影響Cl+-X原子均具有吸電子誘導(dǎo)作用和給電子共軛，并且其總結(jié)果以吸電子作用為主，從原子均具有吸電子誘導(dǎo)作用和給電子共軛，并且其總結(jié)果以吸電子作用為主，從而使得苯環(huán)上的電子云密度降低，親電反應(yīng)速率降低。而使得苯環(huán)上的電子云密度降低，親電反應(yīng)速率降低。從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出給電子作用使得鄰對(duì)位電子云密度降低得較少，因此反應(yīng)從上述共振結(jié)構(gòu)可以看出給電子作用使得鄰對(duì)位電子云密度降低得較少，因此反應(yīng)發(fā)生在鄰對(duì)位。發(fā)生在鄰對(duì)位。Cl:Cl:Cl:Cl:334. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)

21、律的分析與解釋 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響由以上分析可見：由以上分析可見： 當(dāng)一個(gè)基團(tuán)既有誘導(dǎo)效應(yīng)又有共軛效應(yīng)時(shí)，則整個(gè)基團(tuán)表現(xiàn)出來(lái)的電當(dāng)一個(gè)基團(tuán)既有誘導(dǎo)效應(yīng)又有共軛效應(yīng)時(shí)，則整個(gè)基團(tuán)表現(xiàn)出來(lái)的電子效應(yīng)是兩種效應(yīng)的總和。子效應(yīng)是兩種效應(yīng)的總和。 取代基產(chǎn)生的共軛電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)的鄰對(duì)位產(chǎn)生的影響較大，而對(duì)間取代基產(chǎn)生的共軛電子效應(yīng)對(duì)苯環(huán)的鄰對(duì)位產(chǎn)生的影響較大，而對(duì)間位產(chǎn)生的影響較小。位產(chǎn)生的影響較小。344. 定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋定位效應(yīng)與定位規(guī)律的分析與解釋 二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響NH2NO2Cl

22、0.00-0.030.00-0.02+0.26+0.19+0.27+0.04+0.12+0.03 苯環(huán)上電子云密度分布的計(jì)算結(jié)果苯環(huán)上電子云密度分布的計(jì)算結(jié)果以上結(jié)果與前述分析結(jié)果是一致的。以上結(jié)果與前述分析結(jié)果是一致的。以下再?gòu)姆磻?yīng)的活潑中間體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性進(jìn)行分析以下再?gòu)姆磻?yīng)的活潑中間體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性進(jìn)行分析35l CH3和烷基：和烷基：弱致活基，鄰對(duì)位定位基。弱致活基，鄰對(duì)位定位基。HEHEHECH3CH3CH3particularly stableCH3CH3CH3EHEHEHparticularly stableCH3CH3CH3EHEHEHortho-para-meta-36l OH,

23、 OR；NH2, NHR, NR2：強(qiáng)致活基，鄰對(duì)位定位基。強(qiáng)致活基，鄰對(duì)位定位基。HEHEHEOHOHOHparticularly stableOHOHOHEHEHEHparticularly stableOHOHOHEHEHEHortho-para-meta-HEOH:OHEH37l OH, OR；NH2, NHR, NR2：強(qiáng)致活基，鄰對(duì)位定位基。強(qiáng)致活基，鄰對(duì)位定位基。38l OCOR，NHCOR ：中等致活基，鄰對(duì)位定位基。中等致活基，鄰對(duì)位定位基。當(dāng)氧或氮與羰基相連時(shí)，氧或氮上的孤對(duì)電子也與羰基共軛，因此與苯環(huán)的共軛作用當(dāng)氧或氮與羰基相連時(shí)，氧或氮上的孤對(duì)電子也與羰基共軛，因此與苯

24、環(huán)的共軛作用減弱了減弱了OCOROCRONHCROHNCOR39l 強(qiáng)致鈍基和中等致鈍基，間位定位基：強(qiáng)致鈍基和中等致鈍基，間位定位基：-CONH2, -COOR, -COR, -CHO, -SO3H, -+NR3, -NO2, -CF3, -CNl - CF3和和-+ NR3只具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)只具有吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)l其它基團(tuán)則兼具有吸電子誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)其它基團(tuán)則兼具有吸電子誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)increasing deactivating40l NH3+ ： 強(qiáng)致鈍基，間位定位基強(qiáng)致鈍基，間位定位基41l NO2 ： 強(qiáng)致鈍基，間位定位基強(qiáng)致鈍基，間位定位基HEHEHENO2NO2NO2NO2NO

25、2NO2EHEHEHNO2NO2NO2EHEHEHortho-para-meta-less stableless stable42l強(qiáng)致鈍基和中等致鈍基，間位定位基：強(qiáng)致鈍基和中等致鈍基，間位定位基：難以發(fā)生難以發(fā)生F-C烷基化反應(yīng)和烷基化反應(yīng)和F-C酰基化反應(yīng)?；磻?yīng)43l Halogens： 弱致鈍基，既具有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，又具有給電子的共軛效應(yīng)，從反應(yīng)速率比弱致鈍基，既具有吸電子的誘導(dǎo)效應(yīng)，又具有給電子的共軛效應(yīng)，從反應(yīng)速率比苯低可以得知吸電子作用更強(qiáng)；但正因?yàn)榫哂薪o電子的共軛作用，使得它成為鄰、對(duì)苯低可以得知吸電子作用更強(qiáng)；但正因?yàn)榫哂薪o電子的共軛作用，使得它成為鄰、對(duì)位定位基。位

26、定位基。HEHEHEClClClClClClEHEHEHClClClEHEHEHortho-para-meta-HECl:ClEH:445. The ortho/para ratio二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響取代基的空間位阻將影響鄰對(duì)位比例取代基的空間位阻將影響鄰對(duì)位比例455. The ortho/para ratio取代基的體積越大，空間位阻大，鄰位比例減少取代基的體積越大，空間位阻大，鄰位比例減少466. 取代基對(duì)反應(yīng)條件的影響取代基對(duì)反應(yīng)條件的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響類似地，硝化試劑有稀硝酸、濃硝

27、酸、混酸等類似地，硝化試劑有稀硝酸、濃硝酸、混酸等476. 取代基活性與反應(yīng)條件取代基活性與反應(yīng)條件二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響白色沉淀，白色沉淀，用于苯酚鑒用于苯酚鑒別。別。48 活化作用影響活化作用影響 鈍化作用影響（多數(shù)情況）鈍化作用影響（多數(shù)情況） 強(qiáng)作用的影響強(qiáng)作用的影響 弱作用的影響弱作用的影響* （兩個(gè)活化基存在時(shí)，則強(qiáng)活化基決定定位（兩個(gè)活化基存在時(shí)，則強(qiáng)活化基決定定位 兩個(gè)鈍化基存在時(shí)，則弱鈍化基決定定位）兩個(gè)鈍化基存在時(shí)，則弱鈍化基決定定位） 活性作用大小接近時(shí)，獲得混合物活性作用大小接近時(shí)，獲得混合物 空阻大的位置難進(jìn)入空阻大的位置

28、難進(jìn)入7. 多取代苯的定位效應(yīng)：多取代苯的定位效應(yīng)：When more than one group is attached to a benzene ring, the effect of the stronger activator ( or weaker deactivator ) prevails.497. 多取代苯的定位效應(yīng)：多取代苯的定位效應(yīng)：507. 多取代苯的定位效應(yīng)：多取代苯的定位效應(yīng)：位阻較大位阻較大517. 多取代苯的定位效應(yīng)：多取代苯的定位效應(yīng)：52OCH3BrHNO3H2SO4OCH3COOCH3Br2FeBr3NHCOCH3BrBrCH3COClAlCl3OCH3B

29、rOCH3Br+O2NNO2OCH3COOCH3BrNHCOCH3BrBrH3COC二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響538. Synthesis of substituted benzenes二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響54二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響8. Synthesis substituted benzenes55HNO3H2SO4CH3COClAlCl3NO2CH3OHNO3H2SO4CH3COClAlCl3NO2CH3O二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)

30、親電取代反應(yīng)的影響8. Synthesis substituted benzenes間位定位基難以發(fā)生間位定位基難以發(fā)生F-C反應(yīng)是務(wù)必要記住的。反應(yīng)是務(wù)必要記住的。56二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響8. Synthesis substituted benzenesCH3CH2CH2COClAlCl3H2OOZnHg,HClH2SO4HO3SOHO3S直接烷基化可能重排直接烷基化可能重排磺酸基應(yīng)后引入磺酸基應(yīng)后引入o、p-定位基定位基m-定位基定位基直鏈烷基苯直鏈烷基苯57二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響二、取代基對(duì)芳環(huán)親電取代反應(yīng)的影響8. Synth

31、esis substituted benzenesOHH2SO4OHSO3H2molBr2OHBrBrSO3HH3O100 COHBrBr 利用磺化的可逆性可以起到利用磺化的可逆性可以起到保護(hù)苯環(huán)上的某些位置的作用保護(hù)苯環(huán)上的某些位置的作用這是常用的合成的策略這是常用的合成的策略58A、苯環(huán)上引入羥基、氟和氰基、苯環(huán)上引入羥基、氟和氰基 CH2CH3OCH3CH2CH3OHCH2CH3NH2CH2CH3CH2CH3HNO3CH2CH3NO2Fe + HClCH2CH3NH2(1) HNO2(2) H2OCH2CH3OHCH3IOH-TM59BrBrBrNCH2NO2NO2NNO2Br2NO2F

32、e + HClNH2(1) HNO2(2) CuCNCNBrFeBrBr60ClFClNH2ClNO2ClClHNO3ClNO2Fe + HClClNH2(1) HNO2(2) HBF4ClF616、重氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用B、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物COOHBrBrH3CH3CH3CH3CNH2NH2(1)HNO3CH3(1) Fe + HClCH3(1) Br2, Fe(2) H2O,OH-CH3BrCH3NO2(2)Ac2ONHCOCH3NH2CH3Br(1) HNO2(2) H3PO2MgEt2OCO2H+CH3COOH626、重

33、氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用B、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物n-C4H9n-C4H9COCH2CH2CH3HOOCBrBrCOCH2CH2CH3COCH2CH2CH3COCH2CH2CH3 Br2, Fen-C4H9BrMgEt2OCO2H+n-C4H9COOHClOAlCl3BrZn-HgHCl63三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)l 實(shí)驗(yàn)事實(shí)：實(shí)驗(yàn)事實(shí)： （1 1）萘的活性高于苯，且）萘的活性高于苯，且-位活性高于位活性高于-位；位； （2 2）蒽、菲則主要生成）蒽、菲則主要生成9-或或10-位取代產(chǎn)物位取代產(chǎn)物l分析解釋：分

34、析解釋： -進(jìn)攻：EEHEHBenzenoid-進(jìn)攻：EHEBenzenoid64三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)l分析解釋：分析解釋： -進(jìn)攻：EEHEHBenzenoidEHEHEHNonbenzenoid-進(jìn)攻：EHEBenzenoidHEHEHEHENonbenzenoid65三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)l關(guān)于磺化反應(yīng)：關(guān)于磺化反應(yīng)：H2SO460 C96%85%160 CSO3H動(dòng)力學(xué)控制產(chǎn)物熱力學(xué)控制產(chǎn)物SO3HH2SO4160 Cl作業(yè)作業(yè)1 1：請(qǐng)同學(xué)們分析回答：請(qǐng)同學(xué)們分析回答：（1 1）蒽、菲為什么主要生成）蒽、菲為什么主要生成9

35、-9-或或10-10-位取代產(chǎn)物位取代產(chǎn)物（2 2）蒽、菲的磺化反應(yīng)為什么以）蒽、菲的磺化反應(yīng)為什么以1-1-取代為主取代為主H66三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)三、多環(huán)芳環(huán)的親電取代反應(yīng)l萘環(huán)上的取代基對(duì)新的取代反應(yīng)定位影響：萘環(huán)上的取代基對(duì)新的取代反應(yīng)定位影響：l作業(yè)作業(yè)2 2：請(qǐng)同學(xué)們分析解釋上述定位規(guī)律：請(qǐng)同學(xué)們分析解釋上述定位規(guī)律G(o,p)G(o,p)G(m)次主次主有時(shí)磺化FC67四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)l五元芳香雜環(huán)的反應(yīng)活性：五元芳香雜環(huán)的反應(yīng)活性：NHOSl五元芳香雜環(huán)的反應(yīng)定位規(guī)律：五元芳香雜環(huán)的反應(yīng)定位規(guī)律：吡咯、呋喃和噻吩均以吡咯、呋喃和噻吩均

36、以2-2-取代產(chǎn)物為主取代產(chǎn)物為主 O+E+2位3位OOHEEHOHEOHEOEH68四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)l六元芳香雜環(huán)的反應(yīng)活性：六元芳香雜環(huán)的反應(yīng)活性：l吡啶不能進(jìn)行吡啶不能進(jìn)行FriedelFriedelCraftsCrafts烷基化和?；磻?yīng)，但其酰基吡啶鹽卻是很好的烷基化和?；磻?yīng)，但其酰基吡啶鹽卻是很好的酰基化試劑?；噭?NO2NNO2NO2NNRCOOR+NHClRCOClROHCOR69四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)四、芳香雜環(huán)的親電取代反應(yīng)l六元芳香雜環(huán)的反應(yīng)定位規(guī)律：六元芳香雜環(huán)的反應(yīng)定位規(guī)律： 吡啶的親電取代反應(yīng)發(fā)生在吡啶的親電取代反應(yīng)

37、發(fā)生在3-3-位位 N+ENEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHNEHless stableless stable70五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)l 通常苯是不會(huì)發(fā)生親核反應(yīng)的通常苯是不會(huì)發(fā)生親核反應(yīng)的l 因?yàn)楫?dāng)親核負(fù)離子接近時(shí)，因?yàn)楫?dāng)親核負(fù)離子接近時(shí)，pi-電子云會(huì)對(duì)它產(chǎn)生排斥，此外，氫負(fù)離子是一電子云會(huì)對(duì)它產(chǎn)生排斥，此外，氫負(fù)離子是一個(gè)堿性非常強(qiáng)的堿，難以離去。個(gè)堿性非常強(qiáng)的堿，難以離去。H+: Nu71五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)1. SNAr Reaction（芳環(huán)親核取代反應(yīng)）（芳環(huán)親核取代反應(yīng)） 然而，當(dāng)苯環(huán)上具有一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)的吸電子基團(tuán)時(shí)，并且具

38、有一個(gè)較好的然而，當(dāng)苯環(huán)上具有一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)的吸電子基團(tuán)時(shí)，并且具有一個(gè)較好的離去基團(tuán)（如鹵素）時(shí)，親核取代反應(yīng)就可以在不太激烈的條件下發(fā)生。離去基團(tuán)（如鹵素）時(shí)，親核取代反應(yīng)就可以在不太激烈的條件下發(fā)生。72五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)NO2ClNO2OH+HCl1.HO (pH=14) , 1602.HClNO2NO2OHNO2NO2+ClHO (pH=10) ,100ClNO2O2NNO2OHNO2O2NNO2+ClH2O(pH=7),4073五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)五、芳環(huán)親核取代反應(yīng)2、芳香雜環(huán)的親核取代反應(yīng)、芳香雜環(huán)的親核取代反應(yīng) 吡啶比苯容易發(fā)生親核取代反應(yīng)吡啶比苯容易發(fā)生

39、親核取代反應(yīng) 吡啶的吡啶的2-位或位或4-位上連有好的離去基團(tuán)時(shí)，容易發(fā)生親核取代反應(yīng)位上連有好的離去基團(tuán)時(shí)，容易發(fā)生親核取代反應(yīng)NBrOCH3NNH2OCH3NH2 吡啶的吡啶的3-位的反應(yīng)性與鹵代苯類似，反應(yīng)要求條件較強(qiáng)烈且需要在銅鹽催化下發(fā)生反應(yīng)：位的反應(yīng)性與鹵代苯類似，反應(yīng)要求條件較強(qiáng)烈且需要在銅鹽催化下發(fā)生反應(yīng)：NBrNNH2NH3,H2O,CuSO4140,1.8MPa,18h74六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)1、光照或加熱條件下、光照或加熱條件下 鹵代反應(yīng)鹵代反應(yīng)2、芳環(huán)側(cè)鏈的氧化反應(yīng)、芳環(huán)側(cè)鏈的氧化反應(yīng)C Hhv, orX2C XX = Br, ClC HKMnO4C

40、OOHC CH3CH3CH3KMnO4HOOCC CH3CH3CH375六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)脂肪族胺也能發(fā)生重氮化（脂肪族胺也能發(fā)生重氮化（Diazotization )反應(yīng)，但是所生成的重氮鹽不穩(wěn)定，很反應(yīng)，但是所生成的重氮鹽不穩(wěn)定，很快分解，因此難以用于合成，但可用于氮含量分析快分解，因此難以用于合成，但可用于氮含量分析 凱氏定氮法凱氏定氮法l 芳香重氮鹽在合成上用途廣泛芳香重氮鹽在合成上用途廣泛NO2 H NH2HNO2(NaNO2, HCl)0 5 0CN2+ Cl -3、Formation of Arenediazonium Salts 芳香重氮鹽的形成芳香重氮鹽

41、的形成76六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)4、Nucleophilic Subsitution of Arenediazonium Salts 芳香重氮鹽的親核取代反應(yīng)芳香重氮鹽的親核取代反應(yīng) Synthesis of Substituted BenzenesN2+ Cl -ClBrCNIH2PO2OHFCuClCuBrCuCNKIH2OHBF477六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)5、 Coupling reaction of Arenediazonium Salts 芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)（與胺或酚反應(yīng)）芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)（與胺或酚反應(yīng)） Eletrophilic Subst

42、itution of Aromatic amines and Phenols The Arenediazonium Ion as an electronphile 偶氮化合物的合成偶氮化合物的合成HO+N2+ Cl-BrHON=NBrHO+N2+ Cl-BrOHN=NBrCH3CH3區(qū)域選擇性區(qū)域選擇性偶聯(lián)反應(yīng)通常發(fā)生在羥基或氨基的對(duì)位，如果對(duì)位有基團(tuán)占據(jù)，偶聯(lián)反應(yīng)通常發(fā)生在羥基或氨基的對(duì)位，如果對(duì)位有基團(tuán)占據(jù)，則發(fā)生在鄰位。則發(fā)生在鄰位。78六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)5、 Coupling reaction of Arenediazonium Salts 芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)（

43、與胺或酚反應(yīng)）芳香重氮鹽的偶聯(lián)反應(yīng)（與胺或酚反應(yīng)） Eletrophilic Substitution of Aromatic amines and Phenols The Arenediazonium Ion as an electronphile 偶氮化合物的合成偶氮化合物的合成苯衍生物苯衍生物反應(yīng)條件反應(yīng)條件重氮鹽與酚的偶聯(lián)常在重氮鹽與酚的偶聯(lián)常在pH810的弱堿性條件進(jìn)行；重氮鹽與芳胺的弱堿性條件進(jìn)行；重氮鹽與芳胺的反應(yīng)在弱酸性條件下進(jìn)行。的反應(yīng)在弱酸性條件下進(jìn)行。 WhyWhy？ N NN NN N+OHOHCH3N(CH3)2NaOH,H2O0CNaOH,H2O0CHOAc,H2O

44、0CHON N(H3C)2NN NOHCH3N N791) 被鹵素或氰基取代（被鹵素或氰基取代（Sandmeyer反應(yīng)）反應(yīng)）N+NX-CuXHClX + N2（X=Cl 、Br）N+NX-CuCNKCNCN + N2六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)6、重氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用80CuCNKCNNH2CH3NaNO2，HClN+NCl-CH3CuCl, HClClCH3CNCH3H3O+COOHCH3討論討論BrCl812 碘代物、氟代物的制備碘代物、氟代物的制備N+NHSO4-KIIHBF4or NaBF4N2+Cl-N2+BF4-NH2NaNO2HBF4F82 4

45、) 被硝基取代被硝基取代NH2NaNO2HBF4N2+BF4-NaNO2CuNO283NO2HNO3H2SO4FeCl3HClNO2ClCl2FeNH2ClN2+Br-ClNaNO2HBrCuBrHBrClBr842) 被氫原子取代被氫原子取代次磷酸水溶液或乙醇。次磷酸水溶液或乙醇。N2+Cl-H3PO2H2O+ N2N2+HSO4-CH3CH2OH+ N2853) 被羥基取代被羥基取代 （重氮鹽的水解）（重氮鹽的水解）N2+HSO4H+ H2OOH + N2OHNO2NO2NO2發(fā)煙 HNO3濃 H2SO4Na2SCH3OHNH2NO2NaNO2H2SO4N2+HSO4NO2H+H2OT.M

46、.注意：用硫酸重氮鹽注意：用硫酸重氮鹽86討討論論BrBrBrNO2HNO3H2SO4HClFeNH2Br2H2OBrBrBrNH2BrBrBrNaNO2 HCl05oCBrBrBrN2+Cl-H3PO2H2O87六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)6、重氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用B、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物BrBr?1.NO2HNO3/H2SO4NO2Br2FeBr3Br1. Fe, HCl2. NaNO2,HCl3. CuBr88六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)6、重氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用B、合成違反定位規(guī)則

47、的取代苯衍生物、合成違反定位規(guī)則的取代苯衍生物BrBrBr?2.HNO3/H2SO4NO2Fe+HClNH2BrBrBrNH2Br21. NaNO2,HCl2. H2PO289六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)六、芳環(huán)取代基的反應(yīng)6、重氮鹽在合成上的應(yīng)用、重氮鹽在合成上的應(yīng)用C、合成偶氮化合物、合成偶氮化合物HO3SNNN(CH3)2甲基橙（Methyl Orange）NaO3SNH2NNNNSO3NaH2N剛果紅（Congo Red）H3CCH3N NSO3NaSO3NaHO迎春紅（紅色染料）作業(yè)作業(yè)3、請(qǐng)嘗試設(shè)計(jì)上述偶氮化合物的合成路線、請(qǐng)嘗試設(shè)計(jì)上述偶氮化合物的合成路線90分速度因數(shù)f 用于表示定位效應(yīng)取代苯某一位置的取代速度與苯的取代速度的比值。苯位置當(dāng)量產(chǎn)量百分比取苯位置當(dāng)量產(chǎn)量百分比取kyZkkyZkf6691fo=43.5 fm=2.1 fp=46.9分速度因數(shù)使我們可以看到兩種情況，即底物選擇性和位置選擇性。92 分速度因數(shù)使我們可以看到兩種情況:1 “底物選擇性”: 1.1首先它揭示不同底物對(duì)親電試